大體積混凝土的施工技術(shù)及防裂對策

姚炳輝

榮成市博實建設(shè)管理有限公司，中國·山東 榮成 264300

1 混凝土開裂產(chǎn)生的原因

1.1 水泥水化熱

在水泥水化反應(yīng)凝固的過程中，必須放出來一定熱量，因為大體積鋼筋混凝土橫截面厚、體積大、表面積指數(shù)值比較小，水泥釋放的熱量聚集在一起，不容易擴散，難以向環(huán)境中釋放，造成混凝土內(nèi)部的水化熱無法立即消退，反而會累積沉淀，內(nèi)外溫度差增大[1]?；炷玲尫懦鰜淼臒崃康亩嗌?，與水泥單位體積的用量和水泥品種有關(guān)，也會隨著混凝土強度增長而變化。由于混凝土構(gòu)造面能自然排熱，實際上在澆筑后的前3～5 天，大部分都出現(xiàn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最大溫度。

1.2 戶外溫度轉(zhuǎn)變

外部溫度對大體積混凝土在施工過程中影響是非常大的?；炷羶?nèi)部溫度的高低，是由混凝土出倉溫度、水泥水化熱溫度、結(jié)構(gòu)排熱措施共同構(gòu)成的，混凝土內(nèi)外形成溫差就會形成溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力與外界溫度緊密相關(guān)，隨著外部溫度的高低，混凝土溫度應(yīng)力的大小也會發(fā)生變化。

1.3 混凝土收縮

混凝土空氣中凝結(jié)時容積減少的情況稱之為混凝土收縮。這類混凝土在沒有任何外力作用的情況下會產(chǎn)生自發(fā)性變形，而增加外部約束，會使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉應(yīng)力，使混凝土在外部約束下產(chǎn)生裂紋。混凝土收縮造成混凝土縫隙的產(chǎn)生，包含塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮[2]?；炷潦湛s在硬化前期通常是由于水泥石在凝固過程里的產(chǎn)生容積轉(zhuǎn)變，中后期通常是混凝土中隨水分蒸發(fā)含水量減少所引起的收縮變形。

1.4 限制因素

大體積混凝土中的限制因素一般分內(nèi)部結(jié)構(gòu)約束和外部約束。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)水泥的水化熱無法蔓延，表面非常容易蔓延，表面溫度小于混凝土內(nèi)部溫度，換句話說是溫度差所形成的[3]。另一方面，內(nèi)部結(jié)構(gòu)容積的膨脹受表面管束，處在縮小情況，而表面容積的收攏（尤其是氣溫降低、水分太多）受內(nèi)部結(jié)構(gòu)管束，造成拉應(yīng)力。在巖層或原混凝土上重新澆筑混凝土，在慢慢制冷的過程中需要轉(zhuǎn)冷收攏，但是由于巖層與原混凝土的管束，也會產(chǎn)生拉應(yīng)力，要是超過混凝土的極限抗拉強度，裂縫就有產(chǎn)生。溫度變形管束是一種外在的制約因素。

1.5 荷載裂縫

荷載引起的裂縫是由于混凝土未達到齡期，結(jié)構(gòu)上部荷載超過允許荷載值，導(dǎo)致構(gòu)件受拉值過大，從而引起混凝土產(chǎn)生裂縫，這種裂縫是一種破壞性裂縫，施工時需要引起注意，這種裂縫會產(chǎn)生與受力方向垂直的橫向裂縫，隨著裂縫的發(fā)展最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，甚至是主體破壞，需要杜絕這種裂縫的發(fā)生[4]。

2 原材料的挑選

2.1 挑選

混凝土原材料的挑選關(guān)鍵考慮到材料具有抗裂度好、低熱量、高強度的特點?；炷量沽殉耸褂每沽牙w維外，還需要有抗冷、耐磨損、抗腐蝕、強度大、干燥收縮小等特點。因此，應(yīng)根據(jù)水泥種類、等級、包裝、倉號、生產(chǎn)制造日期等，對工程用水泥進行檢測，所選用的水泥應(yīng)與工程特點相匹配。比如對可靠性和別的重要性能夠進行復(fù)檢，材料性能必須符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。一般水泥水化熱比較高，特別是在大體積混凝土中使用過程中，大量水泥水化熱不容易消退，造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度過高，而混凝土表面散熱較快，溫度相對較低，從而造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。因而，選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥，型號為P.S.B525，并添加適宜的減水劑以提升混凝土性能抗?jié)B性能。

2.2 挑選骨料

一般選用高密度、抗壓強度充足的優(yōu)質(zhì)石料，達到有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的需求，同時要注意以下幾個方面：①粗骨料應(yīng)清潔沒有雜質(zhì)。選用粒度為5～25 mm，含粉量低于1%的砂礫，粒度大、級配好的碎石制成的混凝土，粘結(jié)性好，抗拉強度相對較高，可降低需水量和水泥使用量，降低水泥水化熱，從而降低混凝土溫度。②選用粒徑平均在0.5 mm 以上、含粉量5%以下的粗砂。應(yīng)用平均粒徑比較大的中粗砂混凝土，與細(xì)砂混凝土對比，需水量可以減少10%上下。同時可以減少水泥使用量，降低水泥水化熱引起的溫度上升，降低混凝土溫度，使混凝土收縮程度降低。

2.3 礦物摻合料

在混凝土中加入破碎礦物摻合料后，能降低水化反應(yīng)溫度，從而改善混凝土特性，提高混凝土的中后期抗壓強度，改善其物理性能，節(jié)約一部分水泥，節(jié)約能源，對堿與石料的反應(yīng)起到節(jié)能、抑制的作用[5]。

2.4 水

混凝土制取應(yīng)選用生活用水。在其他水資源的選擇上，水體必須符合JGJ63《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》，即現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁使用海水和含堿的水。

2.5 外加劑

外加劑是一種改善混凝土性能的添加劑，混凝土外加劑對減輕混凝土收縮開裂有著重要作用。

減水劑：減水劑具有改進混凝土拌和物流動性，調(diào)節(jié)混凝土凝固時間，提高混凝土的耐久性，流動性。減水劑的挑選應(yīng)依據(jù)設(shè)計與施工標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實驗和工程技術(shù)明確。不同種類減水劑混合使用時，需要注意其適用范圍以及與混凝土特性是否相容性，使用前應(yīng)進行檢驗，達到標(biāo)準(zhǔn)后才能應(yīng)用，大體積混凝土應(yīng)選用高效率緩凝減水劑。減水劑的緩凝功效能夠降低混凝土的凝固速度，減緩熱量的快速釋放，有助于整體熱量流失，避免混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度快速升高，減少溫差。

引氣劑：能夠改善混凝土的和易性、可泵性、耐久性的外加劑。摻適量引氣劑的混凝土，抗拉強度加大，特別有利于提高混凝土的抗裂性能。因引氣劑種類不同，混凝土凝固釋放出來熱量也不同，因此需在大體積混凝土中摻加適量的引氣劑，既可以減少水泥用量，又可以降低混凝土的凝固溫度，是當(dāng)前南方地區(qū)理想的活性劑。

膨脹劑：膨脹劑能夠補償混凝土水化反應(yīng)的收縮變形，摻入膨脹劑的混凝土早期膨脹，完成濕養(yǎng)護后混凝土收縮，兩者相互疊加，從而防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，有些膨脹劑還能夠讓混凝土的沁水率降低，由于膨脹劑需水量大，早期混凝土水化速度較快，混凝土黏度變大，所以導(dǎo)致混凝土沁水率降低，導(dǎo)致混凝土收縮減小，達到預(yù)防混凝土開裂的要求。

緩凝劑：在夏季高溫施工中使用較多，對混凝土收縮的影響較大，為避免混凝土水化熱溫度過高，要考慮混凝土合理的緩凝，對減少混凝土集中放熱，減小混凝土的收縮有利。有時混凝土供應(yīng)時間在10～20 個小時，需要保證混凝土處在塑性狀態(tài)，長時間處在塑性狀態(tài)下的混凝土也容易出現(xiàn)骨料沉降，讓混凝土沉縮加大了，在較高的溫度和風(fēng)的雙重影響下，會讓混凝土收縮開裂加劇，緩凝劑的準(zhǔn)確運用對減少混凝土塑性收縮，避免混凝土開裂非常關(guān)鍵。

3 混凝土性能其他要求

①混凝土的初凝時間不低于6 h。②水灰比保持在35%～40%。③混凝土中氧離子成分不超過0.06%。④混凝土中堿含量不超過3.0 kg/m3。⑤鋁酸三鈣在混凝土中的含量在8%以下。

4 提升混凝土供應(yīng)

現(xiàn)階段中國混凝土領(lǐng)域都還沒創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，產(chǎn)品混凝土的派送全憑施工人員憑經(jīng)驗進行。并沒有分享和積淀混凝土數(shù)據(jù)庫的觀念，產(chǎn)品混凝土的控制參數(shù)并沒有根據(jù)。公司也欠缺發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要依據(jù)，決策失誤，必須創(chuàng)建行業(yè)數(shù)據(jù)庫。配送路線的升級是產(chǎn)品混凝土配送中很重要的一部分，應(yīng)當(dāng)包含水泥攪拌車配送路線的挑選優(yōu)化。因為產(chǎn)品混凝土從商混凝土攪拌站到施工工地的差異運送路經(jīng)對物流成本產(chǎn)生影響，科學(xué)規(guī)范地挑選產(chǎn)品混凝土的近途配送路線，可以減少配送費用，使配送路線得到有效升級，完成公共資源的合理配置。

根據(jù)路經(jīng)比照，依據(jù)交通條件，隨時隨地調(diào)整車子，確?；炷恋姆€(wěn)定供貨?；炷恋倪\送周期不能超過180 min?；炷吝\輸車輛離開商混凝土攪拌站后，嚴(yán)禁混合其他一切原材料、水和添加物[4]。

5 大體積混凝土施工工藝

第一，按段澆筑法?；炷翝仓惶孢B續(xù)進行，要求每一塊混凝土都要覆蓋在后一塊混凝土上，搗實成整體，才能保證結(jié)構(gòu)的整體性；可按照合理的澆筑方案施工，摻入一定量緩凝劑，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點消除施工冷縫。

①整體分層：在結(jié)構(gòu)平面面積不大的情況下，可將整個結(jié)構(gòu)分成若干層進行澆注，即在第一層整體澆注完畢后，再進行第二層的澆注，這樣一層的連續(xù)澆筑，一直持續(xù)到結(jié)束。要求在第一層混凝土初凝前澆筑第二層混凝土，以保證結(jié)構(gòu)的整體性。

②分段分層：分段分層適用于結(jié)構(gòu)面積較大的情況下。即將結(jié)構(gòu)分成若干段，每一段又分成若干層，先第一段澆注每一層，再把第二段每一層澆注進去，這樣一層一層不斷地澆注下去，一直到最后。要求在前段混凝土初凝前，將次段混凝土澆筑完畢，用以保證混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。

③斜面分層：結(jié)構(gòu)的長度大于厚度3 倍時，可采用斜面分層澆筑法。斜面分層澆筑法應(yīng)從澆筑層的斜面下端開始振搗工作，并逐步向上移動，同時振動器應(yīng)垂直于斜面進行振搗工作。

第二，二次振搗技術(shù)性。二次振搗技術(shù)在混凝土抗裂中具有十分重要的作用。很多工程施工實踐活動說明，提升已澆未凝混凝土的二次振搗，能夠有效降低混凝土失水所產(chǎn)生的水分裂縫。建筑鋼筋與混凝土間的粘結(jié)性能夠避免混凝土地基沉降所引起的裂縫，降低混凝土中的微裂縫。

第三，澆筑后，在混凝土終凝前，應(yīng)對混凝土表面做抹面處理?；炷帘砻嬖诮咏K凝時可能會出現(xiàn)裂紋，所以做好二次抹面。在混凝土拌合物中以冰塊方式加入拌和水，操縱澆筑溫度，控制新澆筑混凝土溫度在30 ℃以內(nèi)。

第四，夏日施工必要時預(yù)埋件冷卻管，冷卻循環(huán)水可人力傳熱，降低混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度。

第五，澆筑混凝土?xí)r，排除表面積水。在振搗環(huán)節(jié)中，涌出表面的泌水和浮漿將沿著混凝土斜坡流入坑內(nèi)，可以采取在側(cè)模底端打孔的舉措將水排出坑外。當(dāng)大混凝土斜坡的傾角接近前模板時，混凝土澆筑方位會產(chǎn)生變化。用刮板立即清除表面滲液，確保表面光感，減少表面裂紋。

6 結(jié)語

大體積混凝土的施工工藝相對一般混凝土施工來說，是一種復(fù)雜的建筑工藝。為了合理防止裂縫，從產(chǎn)品到工程施工也要注意很多方面，包含施工條件各種材料。能夠從各方面強化對大體積混凝土工程項目的解讀，采用積極主動的防治方法，完成環(huán)境整治的基本原則，確?；窘ㄖこ痰钠焚|(zhì)，確保建筑物應(yīng)用。在大體積混凝土施工過程中，只需選好原料，確認(rèn)好混凝土配合比，并且在施工方案和施工過程中上采用相應(yīng)的對策，就能操縱溫度裂縫的形成。